المبادلات الخلوية

1. المبادلات الخلوية

2. لاحظنا فيما سبق أن الخلية تمثل الوحدة البنائية للكائن الحي ، و تتجمع الخلايا المتشابهة في التركيب و الوظيفة لتشكل نسيجا متخصصا ، • فالنسيج العضلي يضمن الحركة بفضل خاصية التقلص ، • و النسيج العصبي يؤمن التنسيق بين الأجهزة و الأعضاء • و النسيج اليخضوري يضمن تصنيع المواد العضوية و تخزين الطاقة بفضل عملية التركيب الضوئي و هكذا … • إضافة إلى هذا التخصص هنالك وظائف تشترك فيها جميع الخلايا الحية مثل : التغذية و الاطراح و التنفس ، و يتوقف تحقيق هذه الوظائف على الوسط الذي تعيش فيه الخلية و تأخذ منه ما تحتاجه و تطرح إليه ما تنتجه من إفرازات و فضلات.

3. ظاهرة الحلول (انتقال الماء) • الانتشار و انتقال المواد المنحلة • الانتشار البسيط • الانتشار المسهل • النقل الفعال • أهمية المبادلات • المكونات الكيميائية للغشاء • النموذج الفسيفسائي المائع • انتقال المواد عبر الغشاء • أمثلة وظيفية عن النقل عبر الغشاء

4. وسط المبادلات يكون الوسط الذي تعيش فيه الخلية سائلا على العموم فإما أن يكون: • مائيا بالنسبة للخلية النباتية و الكائنات وحيدة الخلية المائية (البرامسيوم– الأميبا– الكلوريلا… إلخ) • أو سائلا حيويا مثل الدم و البلغم بالنسبة للخلايا الحيوانية ، • و في جميع الحالات يكون الوسط سائلا متغير التركيب ، • و حتى تحافظ الخلية على توازنها فإنها تقوم بتبادلات مع هذا الوسط فتأخذ منه الماءو بعض المواد المنحلة و تطرح إليه الفضلات و بعض المواد المنتجة.

5. أولا: مبادلات الماء في الخلية

6. 1- مبادلات الماء في الخلية النباتية • نستخدم في الدراسة العملية خلايا نباتية ذات فجوات ملونة طبيعيا مثل البشرة الخارجية لحرشفة البصل البنفسجي أو بشرة الملفوف الأحمرCHOU ROUGEأو بشرة بتلات الأزهار… إلخ. نركز الملاحظة في هذه الدراسة على التبدلات التي تظهر على : - حجم الفجوة و لونها - السيتوبلازم و الغشاء السيتوبلازمي.

7. الإظهار التجريبي لمبادلات الماء : • أ) بالعين المجردة : نفصل في درنة بطاطا كبيرة خمسة أسطوانات طول كل منها 40 ملم و قطرها 5 ملم. نغمر الأسطوانات على الترتيب في خمسة أوساط تحتوي على : • الوسط الأول : ماء مقطر • الوسط الثاني : محلول سكاروز 10 % • الوسط الثالث : محلول سكاروز 20 % • الوسط الرابع : محلول سكاروز 30 % • الوسط الخامس : محلول سكاروز 40 % • بعد ساعة أو ساعتين نعيد قياس أطوال القطع و أوزانها. نرسم أطوال القطع بدلالة التركيز (الشكل التالي )

8. أطوال القطع (ملم) 40 الطول الأساسي 30 20 10 التركبز % 40% 30%20% 10% 0%

9. النتائج المسجلة : • القطعة الأولى : زيادة معتبرة في الطول و الوزن كما أنها تصبح صلبة. • القطعة الثانية : زيادة في الطول و الوزن و لكن بدرجة أقل من الأولى. • القطعة الثالثة : يبقى طولها و وزنها ثابتا. • القطعة الرابعة : يقل طولها و وزنها و تصبح طرية. • القطعة الخامسة : يقل طولها و وزنها بدرجة أكبر و تصبح طرية. • التفسير : • يرجع التغير في أطوال القطع إلى حدوث مجموعة من التغيرات على مستوى خلايا البطاطا و هي ناتجة عن اكتساب أوفقدان كمية من الماء و هذا حسب تغير تركيز الوسط الخارجي.

10. ب) الفحص المجهري : • نفصل ثلاثة قطع من البشرة الخارجية لحرشفة البصل البنفسجي ، و نضعها في زجاجات ساعة تحتوي على التوالي : ماء مقطر – محلول ملح الطعام بتركيز 9 غ/ل ، 30 غ/ل ، نفحص القطع الثلاثة بالمجهر في قطرة من نفس المحلول.

11. القطعة الثالثة القطعة الأولى الملاحظة القطعة الثانية إستطالة هيولية خروج الماء فجوة منتبجة نواة فجوة متزنة فجوة منكمشة هيولى جدار سيليلوزي غشاء هيولي البشرة الخارجية لحرشفة البصل في الماء المقطر البشرة الخارجية لحرشفة البصل في محلول ملح الطعام 9 غ/ل البشرة الخارجية لحرشفة البصل في محلول ملح الطعام 30 غ/ل

12. النتيجة • تكون الخلية في حالة تبادل مستمر للماء تبعا لتغير تركيز و توتر الوسط الخارجي. • ينتقل الماء من الوسط الأقل في التركيز إلى الوسط الأعلى في التركيز و تدعى هذه الظاهرة بالحلول.

13. 2- مبادلات الماء في الخلية الحيوانية • تعيش الخلية الحيوانية بتماس مع الوسط الخارجي المحيط بها ، و هو سائل متغير التركيب (مصورة الدم – السائل بين الخلايا – ماء البحر …) و لا يفصلها عنه سوى غشاؤها السيتوبلازمي. أما ماء الخلية فيتوزع أساسا ضمن قنوات الشبكة الستوبلازمية و السيتوبلازم الشفاف (الأساسي) HYALOPLASME و حتى تتوازن الخلية مع محيطها يجب أن تقوم بمبادلات معه. • نأخذ كمثال كريات الدم الحمراء التي تسبح في المصورة.

14. مظهر الأنابيب بعد ثوان  • ◙تجربة : • نقوم بإنجاز التجربة التي حققها أول مرة هيمبرجرHIMBERGER عام 1900. نركز الملاحظات هنا على التغيرات التي تطرأ على كريات الدم الحمراء. • نضع في أربعة أنابيب إختبار على التوالي نفس الحجم (حوالي 5 مل) من : - ماء مقطر – محلول ملح الطعام بتركيز7 غ/ل ، 9 غ/ل ، 20غ/ل • نضيف لكل أنبوب قطرتين من دم الخروف (أو دم الإنسان المحفوظ) غير المتخثر ، ثم نرج الأنابيب جيدا و نتركها تهدأ. 9غ/ل 20غ/ل ماء مقطر 7غ/ل مظهر الأنابيب بعد 24 ساعة توازن الفحص المجهري لكل راسب انفجار أنتباج انكماش

15. النتيجة : • تكون الخلية الحيوانية في حالة تبادل مستمر للماء مع الوسط الخارجي فإما أن تنكمش أو تتوازن أو تنتبج و هذا حسب تغير توتر الوسط الذي تعيش فيه. ك د ح منكمشة ك د ح عادية ك د ح منتبجة

16. تفسيرالفيزيائيلمبادلات الماء

17. تفسيرالفيزيائيلمبادلات الماء محلول كبريتات النحاس • ترجع الظواهر الخلوية المشاهدة سابقا إلى حادثة فيزيائية ناتجة عن تغير تركيز الوسط الخارجي و من ثمة تغير توتره مقارنة بتوتر الخلية. و لتفسير هذه الظواهر نستخدم جهاز الحلول الذي صممه بفيفرPFEFFER. • أدخل بفيفر تحسينات على جهاز الميز الذي صممهديتروتشي DUTROCHET عام 1835 حيث صنع غشاء نصف نفوذ HE MIPERMEABLE يسمح فقط بمرور الماء و لا يسمح بمرور جزيئات المواد المنحلة. • غمر بفيفر وعاء فخاريا مملوءا بمحلول كبريتات النحاسCuSO4 في حوض به محلول فيروسيانور البوتاسيوم FeCNK2 ، و أثناء إنتقال الملحين في الإتجاهين المتعاكسين خلال مسامات جدار الوعاء الفخاري ، يحدث تفاعل بين الملحين و تترسب بلورات فيروسيانور النحاس في مسامات الجدار و تسدها جزئيا ، و بالتالي يعتبر الوعاء بأكمله غشاء نصف نفوذ. • CuSO4 + FeCNK2 FeCNCu + K2SO4 • ثم زود هذا الوعاء بمقياس ضغط زئبقيMANOMETRE A MERCURE يسمح بقراءة ضغط المحلول عند التوازن. محلول فيروسيانور البوتاسيوم • طريقة صنع الغشاء نصف نفوذ

18. ◙ تجربة : نملأ الوعاء الفخاري بمحلول سكري ذي تركيز معلوم مثلا 20 % (أو محلول ملحي) مع إضافة قطرة حبر لتلوين المحلول ، نسد الوعاء بإحكام و نحدد مستوى الزئبق في مقياس الضغط الزئبقي بعلامتينأ ، ب كما في الرسم إلى الأسفل.

19. الملاحظة التفسير الفيزيائي لمبادلات الماء

20. التفسير : • يرجع إنخفاض مستوى الزئبق من أ ← أَ إلى زيادة في حجم المحلول و هذا ناتج عن دخول كمية من ماء الحوض إلى الوعاء الفخاري و هذا تحت تأثير قوة شد (قوة جذب) يشكلها المحلول السكري •  تسمى قوة الجذب التي يشكلها المحلول : قوة الضغط الحلوليPRESSION OSMOTIQUE •  تسمى حركة جزيئات الماء من الحوض إلى الوعاء الفخاري بالحلولOSMOSE •  يسمى المحلول السكري الذي يمارس قوة جذب للماء بالوسط زائد التوترMILIEU HEPERTONIQUE •  يسمى ماء الحوض (الوسط المخفف) بالوسط ناقص التوترMILIEU HYPOTONIQUE •  النتيجة : • ينتقل الماء بظاهرة الحلول من الوسط ناقص التوتر إلى الوسط زائد التوتر بتأثير قوة الضغط الحلولي.

21. إن توقف ظاهرة الحلول دون تحقيق تساو في التركيز على جانبي الغشاء، يدل على وجود قوة معاكسة في الاتجاه للضغط الحلولي، و التي عندما تصبح مساوية له يتوقف الحلول تدعى بضغط التوازن السوائلي، و يعود إلى حجم محلول الوسط الداخلى ( محلول السكروز) الذي يزداد وزنه بفضل الحلول و بالتالي يزداد ضغطه على الغشاء النصف نفوذ و على جزيئات الماء للوسط الخارجي ( الماء المقطر) حتى يصبح مساويا للضغط الحلولي فتتوقف ظاهرة الحلول عندئذ. • إن قراءة ضغط التوازن السائلي المبين على مقياس الضغط الزئبقي كاف لمعرفة الضغط الحلولي للمحلول الداخلي.

22. محلول ناقص التوتر محلول زائد التوتر كيف ينتقل الماء؟ وفق ظاهرة الحلول غشاء نصف نفوذ

23. محلول خارجي ذو ضغط حلولي منخفض تساوي الضغط الحلولي الخارجي والداخلي محلول خارجي ذو ضغط حلولي مرتفع خلية حيوانية ظاهرة الحلول خلية نباتية

24. الخلاصة • ينتقل الماء عبر الغشاء بظاهرة الحلول ( ظاهرة فيزيائية) • تعود ظاهرة الحلول إلى قوة الضغط الحلولي التي تعمل على احداث التوازن.

25. حساب الضغط الحلولي نحسب الضغط الحلولي بتطبيق قانون فانت هوف P.O = NRTi P.O = الضغط الحلولي (ضغط جوي) C = التركيز بالغرام / لتر = ‰ N =التركيز المولي (مول/ل) = M = الكتلة الجزيئية للمادة المنحلة T = درجة الحرارة المطلقة بالكالفن = 273 + حرارة الوسط I = معامل التشرد (معامل التأين) = 0.082= ثابت الغازات R

26. التركيز الغرامي التركيز المولي= الوزن الجزيئي الضغط الحلولي= معامل ا لتشرد x التركيز المولي x ثابت الغازات x درجة الحرارة المطلقة مالفرق بين التركيز المولي والأسمولي؟ التركيز الأسمولي= التركيز المولي x معامل التشرد الوحدة المستعملة هي : الضغط الجوي ضغط جوي = 510 باسكال

27. Na2SO4 2Na+ + SO4-- 2 مول 1 مول 1 مول عدد المولات بعد التشرد 3 مول. معامل التشرد= 3 حساب معامل التشرد: مثـــــــال

28. نستنتج مما سبق أن قيمة الضغط الحلولي تتغير من محلول إلى آخر تبعا للعوامل التالية : • درجة حرارة التجربة : تؤثر طرديا على قيمة الضغط الحلولي أي كلما إرتفعت درجة الحكرارة زادت قيمة الضغط الحلولي. • التركيز : كلما زاد تركيز المحلول زادت قيمة الضغط الحلولي • الكتلة الجزيئية : كلما زادت كتلة المادة المنحلة تقل قيمة الضغط الحلولي. • معامل التشرد : كلما زاد معامل التشرد تزداد قيمة الضغط الحلولي. • النتيجة: يتناسب الضغط الحلولي طرديا مع التركيز الكتلي و درجة الحرارة و عكسيا مع الكتلة الجزيئية للمادة المذابة

29. أمثلة • مثال(1): محلول ملح الطعام NaCL تركيز 9%0 • المطلوب حساب الضغط الحلولي إذا علمت لأن درجة الحرارة تساوي 37°م • الحل: R= 0.082 ، C= 9%0= 9 غ/ل ، M= 23+35.5=58.5غ ، T = 273+37=310 كالفن، I= 2 إذن P.O= 7.62 ضغط جوي

30. تطبيق الحلول على الخلية : • إعتمادا على المعلومات التي توصلنا إليها إلى حد الآن ، يمكننا أن نفسر التغيرات الملاحظة سابقا و التي تتعرض لها الخلايا كما يلي • في حالة التوازن : يكون الضغط الحلولي للخلية مساويا للضغط الحلولي الخارجي و لا يوجد حلول. • في حالة الإنتباج : يكون الضغط الحلولي للخلية أكبر من الضغط الحلولي للوسط الخارجي فيحدث حلول داخلي للماء ENDOSMOSE وتنتبج الخلية • في حالة الإنكماش : يكون الضغط الحلولي للوسط الخارجي أكبر من الضغط الحلولي للخلية فيحدث حلول خارجي EXOSMOSEو تنكمش الخلية. ك د ح منكمشة ك د ح منتبجة ك د ح عادية محلول خارجي ذو ضغط حلولي مرتفع تساوي الضغط الحلولي الخارجي والداخلي محلول خارجي ذو ضغط حلولي منخفض

31. Globules rouges en milieu: • Isotonique • Hypotonique • Hypertonique Marieb, p. 71

34. انتقال الماء يعتمد على فرق تركيز الماء (جزيئات الماء الحرة) جزيئات الماء المادة المذابة غشاء نصف نفوذ

35. ثانيا : مبادلات المواد المنحلة • تختلف المواد التي تتبادلها الخلية مع الوسط الخارجي المحيط بها و هذا حسب نوع الخلية ، و وظيفتها و كذا طبيعة الوسط الذي تعيش فيه.

36. الإظهار التجريبي لمبادلات المواد المنحلة • نستعمل في هذه الدراسة خلايا نباتية ذات فجوات ملونة تحتوي على أصبغة أنثوسيانية PIGMENT ANTHOCYANIQUE مثل البشرة الخارجية للبصل البنفسجي ، أو الملفوف الأحمر …. يغير صباغ الأنثوسيانين لونه حسب درجة حموضة الفجوة : •  يكون بنفسجيا في الوسط المتعادل 7 = PH • يكون أحمر في الوسط الحامضي 7 > PH • يكون أزرق في الوسط القاعدي7 < PH

37. تجربة : • تسمح هذه التجربة بإظهار نفاذية المواد المنحلة بصورة غير مباشرة. في هذه التجربة يجب ضبط المجهر مسبقا و أن يكون الفحص سريعا. • نضع قطعة من بشرة الملفوف الأحمر في قطرة من خلات الأمونيوم ACETATE D’AMONIUM(CH3-COO- ,NH4+)بتركيز 4 % ثم نفحصها بسرعة. • نلاحظ في البداية إنكماش الفجوات و تلونها بالأحمر (نتيجة خروج الماء و زيادة تركيز العصارة الفجوية) ، لكن بعد مرور 2 ← 3 دقائق تستعيد الفجوات حجمها و يتغير لونها إلى الأزرق أو البنفسجي. بعد 2 ← 3 دقائق في البداية فجوة منكمشة حمراء فجوة منتبجة بنفسجية خلية طبيعية

38. التفسير • يرجع إنكماش الفجوات في البداية إلى خروج الماء بظاهرة الحلول حيث كان الضغط الحلولي الخارجي (محلول خلات الأمونيوم) أكبر من الضغط الحلولي للفجوات ، لكن بعد دخول خلات الأمونيوم إلى الخلايا إرتفع الضغط الحلولي للفجوات فاستعادت ماءها و تغير لونها من الأحمر إلى البنفسجي أو الأزرق لأن خلات الأمونيوم ملح قاعدي. النتيجة • خلايا بشرة الملفوف الأحمر نفوذة لملح خلات الأمونيوم.

39. خواص النفاذية الخلوية

40. بعض خواص النفاذية: • النفاذية الموجهة (التكديس) • النفاذية الاختيارية • النفاذية التفاضلية

41. أ) حـادثـة التـكـديـس و الـنـفاذيـة الــمـوجــهـة : • ACCUMULATION ET PERMEABILITE ORIENTE • نضع قطعة من البشرة الداخلية لحرشفة البصل (بشرة غير ملونة) في زجاجة ساعة بها محلول كنوب مضافا إليه الأحمر المعتدل 0.05 %. • نلاحظ بعد دقائق تلون القطعة بالأحمر و تصبح أكثر تلونا من السائل الخارجي المحيط بها (ظاهرة تكديس للأحمر المعتدل ACCUMULATION). • نفحص هذه البشرة بالمجهر في قطرة من نفس السائل • نلاحظ خلايا البشرة منتبجة و ذات فجوات ملونة بالأحمر.  البشرة في محلول كنوب مع الأحمر المعتدل فحص البشرة في نفس السائل

42. نضع هذه البشرة في زجاجة ساعة بها ماء صافي ، نلاحظ بقاء القطعة ملونة بالأحمر دون أن يتلون الوسط الخارجي. نعيد الفحص المجهري لهذه القطعة في قطرة من محلول السكاروز 30 % ، تظهر الفجوات منكمشة و ملونة بشدة دون أن يتلون الوسط الخارجي (محلول السكاروز). فحص البشرة في الماء فحص البشرة في محلول السكاروز 30 % • إذن الأحمر المعتدل له قابلية الدخول إلى الخلية و لا يخرج منها فهو ذو نفاذية موجهة PERMEABILITE ORIENTE (في اتجاه واحد فقط).

43. النفاذية الإختيارية PERMEABILITE SELECTIVE • يحتوي الوسط الخارجي للخلية على مواد منحلة مختلفة فهل كلها تنفذ إلى الخلية ؟

44.  تجربة :نضع قطعة من البشرة الخارجية للبصل البنفسجي (بشرة ملونة ) في قطرة من محلول D – غلوكوز بتركيز 30 % بين صفيحة و ساترة و نعين الوقت ، و نضع قطعة أخرى في محلول سكاروز 30 % بين صفيحة و ساترة و نعين الوقت كذلك. • الملاحظة :نلاحظ في البداية إنكماش الخلايا في المحضرين، و باستمرار المشاهدة نلاحظ أن الخلايا الموضوعة في محلول D- غلوكوز تستعيد إنتباجها تدريجيا ، بينما تبقى الخلايا الموضوعة في محلول السكاروز منكمشة لمدة طويلة. • التفسير: • إنكماش الخلايا في المحضرين في البداية لأن الضغط الحلولي الخارجي أكبر من الضغط الحلولي الداخلي (الفجوات العصارية) • الخلايا الموضوعة في محلول D- غلوكوز تستعيد إنتباجها تدريجيا ، و يرجع ذلك إلى دخول جزيئاتالغلوكوز و إرتفاع تركيز الفجوات العصارية فامتصت الماء و إنتبجت. • الخلايا الموضوعة في محلول السكاروز منكمشة لمدة طويلة لأن السكاروز لا ينفذ إلى الخلايا (أو تكون نفاذيته بطيئة جدا). •  النتيجة : تختار خلايا بشرة البصل الغلوكوز فتسمح له بالدخول و ترفض السكاروز (نفاذية إختيارية). • يعتبر الغلوكوز مثالا عن نفاذية الجزيئات العضوية إلى الخلايا

45. البداية البداية محلول D – غلوكوز بتركيز 30 % محلول سكاروز 30 % البشرة الخارجية للبصل البنفسجي تختار خلايا بشرة البصل الغلوكوز فتسمح له بالدخول و ترفض السكاروز (نفاذية إختيارية). تستعيد إلانتباج تدريجيا تبقى منكمشة لمدة طويلة

46. النفاذية التفاضليةPERMEABILITE DIFFERENCIELLE

47. تجربة: • نأخذ قطعتن من بشرة البصل الخارجية الملونة نضع كلا منهما في زجاجة حيث :  تحتوي الزجاجة الأولى على الفورماميد (H . CO . NH2 ) تركيزه 2.5 مول/لتر، وزنه الجزيئي= 45.  تحتوي الزجاجة الثانية على الأسيتاميد(CH3 . CO . NH2) تركيزه 2.5 مول/لتر وزنه الجزيئي = 59. نحدد وقت وضع القطعتين في الفورماميد و الأسيتاميد ، و ذلك بواسطة وقات ثم نفحص كل قطعة بالمجهر الضوئي. • الملاحظة : • انكماش خلايا البشرة في البداية في القطعتين. • تستعيد الخلايا المنكمشة حالتها الطبيعية تدريجيا و ذلك بزوال إنكماشها ، كما تتلون الفجوات بالأزرق.■ في حالة الفورماميد : 50 % من الخلايا يزول إنكماشها خلال دقيقتين. • ■ في حالة الأسيتاميد : 50 % من الخلايا يزول إنكماشها 5 دقائق. • التفسير : تعرضت الخلايا في البداية إلى الإنكماش عند وضعها في المحلولين حيث فقدت الفجوات الماء و زاد تلونها. • الخلايا في الفورماميد إستعادت الماء بسرعة بسبب الدخول السريع لجزيئات الفورماميد فارتفع تركيز العصارة الفجوية وزاد ضغطها الحلولي و تغير لون الفجوة إلى الأزرق بسبب زيادة درجة PH فأصبحت قاعدية. • أما الخلايا التي وضعت في الأسيتاميد فقد إستعادت ماءها في مدة أطول بسبب الدخول البطئ لجزيئات الأسيتاميد ، كما تغير لون العصارة الفجوية إلى الأزرق في النهاية حيث أصبح PH قاعديا. • النتيجة : الخلية نفوذة لجزيئات الفورماميد و الأسيتاميد و لكن بسرعات مختلفة و هذا ما يعرف بالنفاذية التفاضلية (الإصطفائية).

48. الأسيتاميد (تركيزه 2.5مول /ل الفورماميد (تركيزه 2.5 مول/لتر انكماش خلايا البشرة في البداية الخلية نفوذة لجزيئات الفورماميد و الأسيتاميد و لكن بسرعات مختلفة و هذا ما يعرف بالنفاذية التفاضلية (الإصطفائية). ■ في حالة الفورماميد : 50 % من الخلايا يزول إنكماشها خلال دقيقتين في حالة الأسيتاميد : 50 % من الخلايا يزول إنكماشها 5دقائق.

49. تفسير مبادلات المواد المنحلة

50. لاحظنا أن نفوذ المواد المذابة ذات الجزيئات الصغيرة يتم قبل الجزيئات الكبيرة ، حيث أن الفورماميد ذي الوزن الجزيئي 45 ينفذ قبل الأسيتاميد ذي الوزن الجزيئي 59 ، و أن الأحمر المعتدل ذي الوزن الجزيئي 288.5 ينفذ بسرعة أكبر دون أن تنكمش الخلية وأن السكروز ذي الوزن الجزيئي 342 لا ينفذ . • فكيف تفسر هذا التباين في المبادلات بين الخلية و وسطها